メタル3D印刷は、高-温度条件下での製造コンポーネントでどのように機能しますか？

一、材料の品質の大きな変化：「不可能」から「スーパーパフォーマンス」まで
1.微細構造の非常に正確な制御
の高速冷却速度メタル3D印刷（最大10℃–10学位 /s）は、樹木が樹状の発達によるものであったキャスティングの使用方法を完全に変えました。ニッケル-ベースの高{-温度合金は良い例です。従来の方法では、樹状突起の分離のために、何週間の化学均質化熱治療が必要です。ただし、3Dプリンティングは小さな細胞粒子構造を直接作成するため、均質化相は必要ありません。方向熱処理は、ナノスケールレベルまでの位相降水量のサイズを正確に制御できます。 NASAは、3Dプリントニッケル-ベースの合金タービンブレードを評価し、元の強度の98％を1600度の高温で保持することを発見しました。これは、従来の鍛造よりも15％強いです。
2。異なる材料の勾配を備えた複合
3Dプリンティングは、材料の構成を勾配的な方法で変更して、高-温度成分のさまざまな部分のパフォーマンスニーズを満たすことができます。チームは、Cobalt -ベースの/ニッケル-ベースの複合タービンディスクを作成しました。彼らは、オンラインパウダーミキシングテクノロジーを使用して、ディスクのコアエリアを高-強度コバルト-ベースの合金とディスクの端を高-温度-耐性ニッケル-ベースの合金にすることでこれを行いました。 「複数の使用のための1つの材料」機能は、単一のピースのコストを40％削減し、それを研究して生産するのにかかる時間を60％削減します。
3.新しい合金システムの作成
中国科学アカデミーの金属研究所チームは、レーザーパウダーベッドフュージョン（LPBF）テクノロジーを使用して、Al - Fe - V - si - scアルミニウム合金を作成しました。 400度の450MPaの引張強度がまだあり、200〜450度の温度範囲で従来のアルミニウム合金の性能ギャップを埋めます。主なブレークスルーは次のとおりです。
アモルファス/結晶コンポジット構造：溶融プールの中心はすぐに冷却され、転位が困難になるアモルファスネットワークを形成します。
Multi -スケール降水位相強化：Al₈Fe
スカンジウム要素粒界制御：SC要素は穀物を洗練し、穀物の境界を所定の位置に保持し、加熱すると亀裂が生じる可能性が70％低くなります。
2、製造プロセスにおける新しいアイデア：「減算」から「添加剤」に移行する
1。一枚の複雑な構造の成形
過去には、高い-温度コンポーネントを作成するには、異なる部品をまとめるために数十のステップが必要でした。ただし、3D印刷を使用すると、生体模倣ハニカム構造やコンフォーマル冷却チャネルなどの複雑な機能を直接作成できます。特定の航空宇宙会社は、生体模倣ハニカム冷却構造に接続されたタービンブレードを製造しています。これにより、冷却が40％効果的になり、ブレードの寿命が2倍になります。航空機エンジンの燃焼チャンバーライナーは、電子ビーム融解（EBM）テクノロジーを使用して、ダブル-層冷却チャネルで印刷されています。高温の等吸着性のプレスで扱われた後、高い-温度クリープ性能は、3000時間のベンチテストに合格します。
2。軽量および機能的統合
3D印刷は、トポロジー最適化設計により、高-温度パーツ30％から70％軽量にすることができます。ポルシェ911 GT2 RSレーシングカーには、冷却チャネルに-を構築した3Dプリントチタン合金ピストンがあります。これらのチャネルは、エンジンの出力を30馬力増加させ、重量を15％削減します。さらに重要なことは、Multi -材料印刷技術を使用すると、センサーやアクチュエータなどの電子部品を金属基板に直接配置できます。これが「構造関数インテリジェンス」の達成方法です。
3。メンテナンスと再製造の革命
3D印刷された指向エネルギー堆積（DED）テクノロジーは、局所的な損傷を伴う高-温度部品を非常に正確に修正できます。レーザークラッディング技術は、特定の発電所によって使用され、ガスタービンブレードを固定します. 3 d壊れたセクションをスキャンすると修復パスが作成され、同じ粉末が層ごとに溶けます。固定された後、部品の疲労強度は新しい部品の9​​5％に戻り、修理ごとに70万元を節約できます。
3、業界の用途と問題：ラボから業界へのジャンプ
1.航空機産業は重要な戦場です
航空機エンジン：GE AviationのLeap Engine燃料ノズルは、3Dプリントを使用して20部に20部に組み合わせることで、200度が熱に対してより耐性があり、-持続します。
ロケットエンジン：NASAは、3D -印刷されたアルミニウム合金で作られたスラストチャンバーをテストしました。アルミニウム合金は、再生冷却メカニズムを使用して、内壁の温度を融点の下に維持します。これにより、推力密度が30％増加しました。
ハイソニック航空機：チームは、3000度の突然の高温を処理できるタングステンレニウム合金ホットエンドパーツを作成しました。これは、過敏な武器の重要な物質的サポートです。
2。エネルギーと産業の領域における新しい開発
ガスタービン：Siemens Energyの3D -印刷ガスタービン燃焼室は、燃焼効率を2％改善し、生体模倣フローチャネル設計を使用して窒素酸化物の排出量を15％削減します。
中国国立原子力公社の3D -原子力エネルギー装置用の印刷されたジルコニウム合金クラッディングチューブは、高さ400度-温度蒸気で腐食に対して3倍耐性があり、第4世代の原子炉をより安全にします。
Boschは、自動車産業向けに3Dプリントされたターボチャージャーローターを作成しました。
3。それらを解決するための重要な問題と方法
不足している材料のデータベース：新しい高{-温度合金を生成するには、最大2年かかることがあります。また、構成プロセスの動作をどの程度設定する必要があるかを追跡するためのビッグデータインフラストラクチャ。
プロセスの安定性制御：ロケットノズルの設計には、パラメーターに200以上の変更が必要であり、- situ監視と閉じた-ループ制御システムの作成が必要です。
処理後の高い費用：タービンディスクは、サポート、熱処理、加工など、7つのステップを通過する必要があります。これには、全体のコストの40％がかかり、非-処理材料システムの作成が含まれます。
環境と安全のリスク：廃棄物金属粉末の処理には、運用コストの12％の費用がかかり、ほこりを少なくしたリサイクルと印刷のための新しい方法を作る必要があります。